如果穿越回7000萬年前的白堊紀(jì)，你可能會發(fā)現(xiàn)，太陽和月亮更加匆忙地劃過天空，明天比預(yù)想來得更快。

根據(jù)白堊紀(jì)晚期貝殼的一項(xiàng)新研究，恐龍時代即將結(jié)束時，地球自轉(zhuǎn)比今天快，一年有372天。貝殼上的新發(fā)現(xiàn)讓我們不禁沉思：45億年來地球的自轉(zhuǎn)變化有多大?背后的操縱者是誰?

激光鉆細(xì)洞，窺探白堊紀(jì)的秘密

3月份美國地理學(xué)會的期刊《古海洋學(xué)和古氣候?qū)W》上一項(xiàng)新研究說，白堊紀(jì)晚期的軟體動物貝殼化石透露出一個秘密：恐龍時代結(jié)束時，地球自轉(zhuǎn)比今天快，每年地球要自轉(zhuǎn)372次，而目前是365次。這意味著白堊紀(jì)的一天，僅持續(xù)23個半小時。

科學(xué)家研究的，是一枚白堊紀(jì)海底的貝殼化石。7000萬年后的今天，人們在阿曼的干旱山區(qū)發(fā)現(xiàn)了它。

它學(xué)名叫“Torreitessanchezi”，看起來像歐洲常見的粗陶啤酒杯，還有個蓋子。這種古老的軟體動物的兩個殼鉸鏈起來，像不對稱的牡蠣。它們像現(xiàn)代牡蠣一樣密密地附著于水下礁石。白堊紀(jì)時代，全球海洋都有它們的蹤跡。

科學(xué)家分析的這種古老軟體貝殼動物，屬于已經(jīng)滅絕的、種類繁多的“紅蛤(rudistclams)”。這類生物生長很快，每天都要躥一躥個。

新研究使用激光來采樣，獲取貝殼的微小切片，比以前使用顯微鏡的辦法更精確。在精準(zhǔn)推算了年輪后，研究人員能夠確定，白堊紀(jì)一年的天數(shù)比如今要多。

新方法將激光聚焦在小塊貝殼上，鉆出直徑10微米(紅細(xì)胞那么大)的孔，取一點(diǎn)點(diǎn)樣品。這些微小樣本中的微量元素，揭示了殼形成時，水的溫度和化學(xué)成分。而且可以據(jù)此精確測量出一日生長環(huán)的寬度、數(shù)量，還有季節(jié)性變化。

新技術(shù)的高分辨率，前所未有地觀察到了古代雙殼類動物如何快速生長，甚至確定了一天內(nèi)的水質(zhì)變化情況。

“一個生長日，能取4到5個數(shù)據(jù)點(diǎn)，這在地質(zhì)研究史上幾乎從未有過。我們基本上可以把握7000萬年前的一天。這真是太神奇了。”來自比利時布魯塞爾自由大學(xué)的科學(xué)家德溫特說。

享受太陽能量的造礁生物

貝殼的化學(xué)分析表明，白堊紀(jì)晚期的海洋溫度比之前認(rèn)為的要高，夏天達(dá)到40攝氏度，冬天超過30攝氏度。德溫特說，40攝氏度可是接近軟體動物的生理極限了。

在白堊紀(jì)晚期，這種貝殼是造礁生物，就像今天珊瑚扮演的角色一樣。新的研究還證實(shí)，軟體動物可能與光合生物共生，合作出了跟現(xiàn)在珊瑚礁規(guī)模一樣大的“貝殼礁”。

6600萬年前，“Torreitessanchezi”貝殼跟恐龍一起滅絕了。“它是非常特殊的雙殼類動物。今天沒有像它這樣生活的貝殼了。”德溫特說，“而在白堊紀(jì)晚期，全世界大多數(shù)礁石建造者都是這些雙殼類動物。因此，它們確實(shí)具備當(dāng)今珊瑚所具有的生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)能力。”

研究發(fā)現(xiàn)，一天中，殼生長的變化，比季節(jié)或海潮周期變化還大——白天長得比晚上快得多。這就說明，這種貝殼十分依賴太陽，這表明它有光合的本事。

這就有意思了：太陽光居然是古代軟體動物的衣食父母，這可跟現(xiàn)代過濾水中食物的貝殼不一樣。德溫特說，白堊紀(jì)的貝殼，很可能與一種能光合作用的生物共生，比如和藻類共生。

之前，也有科學(xué)家猜測古代貝殼會不會是光共生體，但沒有直接證據(jù)。這項(xiàng)研究，第一次提供了切實(shí)可信的證據(jù)。

地球自轉(zhuǎn)為什么變慢

由于白天和黑夜的節(jié)奏可以從貝殼生長明顯看出來，而一年的周期也很明顯?？茖W(xué)家數(shù)了貝殼每年生長的天數(shù)，發(fā)現(xiàn)一年有372個晝夜。這不算意外，因?yàn)榭茖W(xué)家們知道過去的日子比現(xiàn)在短。然而，我們并不知道白堊紀(jì)晚期的日子到底多長。372這個精確的數(shù)字，將有助于我們對一個重大天文問題的研究。

一年的時間，古今基本是一樣的，因?yàn)榈厍蚶@太陽的軌道不會改變。但是因?yàn)榇蠛３毕哪Σ?，一天的時間是變化的，地球自轉(zhuǎn)會越來越慢。

我們知道，月亮的引力，把地球上的海水吸引到靠月亮的一側(cè)。海水與地球摩擦來摩擦去，就像剎車片一樣，拖累了地球的自轉(zhuǎn)，所以，一天的長度一直在穩(wěn)定增長。

潮汐也會影響月球，它不僅逐漸鎖定了月球，讓月球永遠(yuǎn)一面向地球，還會讓月球加速。現(xiàn)在，月亮正以每年3.82厘米的速度遠(yuǎn)離地球——阿波羅號登月后，將一個反射器留在月球表面，精確的激光反射測量出了這個數(shù)字。

美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校地球科學(xué)教授斯蒂芬·邁耶斯打了個比方：“隨著月球的移動，地球就像一個旋轉(zhuǎn)的花樣滑冰運(yùn)動員，在伸開雙臂時會減速。”

但是科學(xué)家也知道，月球遠(yuǎn)離的速度并不恒定。要是一直每年3.82厘米，那算出來月球是14億年前離開地球的。很多證據(jù)顯示，月球與地球的互動可古老多了，最可能是45億年以前，地球上就能看見月亮。

因此，月球古代離地球多遠(yuǎn)，我們不知道。這也是為啥這枚白堊紀(jì)貝殼如此重要，我們可以根據(jù)它推斷月球與地球的互動史。

7000萬年，在德溫特和他的同事們看來，還不夠古老?？茖W(xué)家還希望將新方法用在更古老的化石上，看能不能有什么新發(fā)現(xiàn)。

延伸閱讀

14億年前的一天又有多長

這個問題似乎無從探索。但科學(xué)家還是嘗試著回答。2018年6月發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》的一項(xiàng)研究猜測，14億年前，地球上的一天有18個小時以上。

先要說明的是：地球在太空中的運(yùn)動，受到其他天體引力的影響，其規(guī)律是變化的，有復(fù)雜的節(jié)奏。地球的公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)軸擺動的規(guī)律變化，被稱為米蘭科維奇周期——塞爾維亞人米蘭科維奇首先計(jì)算了過去數(shù)百萬年地球的離心率、轉(zhuǎn)軸傾角和軌道進(jìn)動的變化，認(rèn)為了這些參數(shù)與地球出現(xiàn)冰川期有關(guān)。

比如，米蘭科維奇認(rèn)為，地球軌道傾角大約每26000年完成繞行一周的完整進(jìn)動周期。與此同時，橢圓軌道旋轉(zhuǎn)也以緩慢的21000年引導(dǎo)著季節(jié)和軌道之間的變化。另一方面，地球的自轉(zhuǎn)軸和軌道平面之間的傾角以41000年的周期在22.1度到24.5度之間搖擺(也叫章動)，現(xiàn)在角度是23.44度，還在減少中。

前幾年，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的斯蒂芬·邁耶斯等科學(xué)家試圖在巖石記錄中觀察這種節(jié)律，周期以億年為單位。

邁耶斯與哥倫比亞大學(xué)的馬林維諾合作，將2015年開發(fā)的一種統(tǒng)計(jì)方法(用于處理跨時間的不確定性)與天文學(xué)理論、地質(zhì)數(shù)據(jù)以及一種稱為貝葉斯反演的復(fù)雜算法相結(jié)合，讓研究人員可以更好地消除最麻煩的蝴蝶效應(yīng)——地質(zhì)紀(jì)錄中早期小小的不精確可以造成結(jié)果巨大不確定。

他們在兩個地質(zhì)記錄數(shù)據(jù)上測試了這種方法，他們分別來自中國北方14億年前的下馬嶺組和來自南部大西洋5500萬年前的沃爾維斯海脊。

通過這種方法，他們可以從地質(zhì)記錄中的巖石層，可靠地評估地球旋轉(zhuǎn)軸方向及其軌道形狀在不同時期的變化，同時還消除了不確定性。他們還由此確定一天的長度以及地球與月球之間的距離。他們的結(jié)論之一是：14億年前，地球上的一天至少有18個小時。